船用無(wú)排放型生活污水處理裝置設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

PAGEPAGE5綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀船舶生活污水處理技術(shù)基本沿用岸上的水處理技術(shù)尤其是城市生活污水的處理技術(shù)并隨著水處理技術(shù)的發(fā)展而不斷更新。產(chǎn)品主要有英國(guó)哈姆沃西公司的生化法處理裝置、丹麥阿特拉斯公司的物化法處理裝置和美國(guó)的電解法處理裝置。國(guó)內(nèi)針對(duì)船舶生活污水處理裝置的研制開(kāi)始于20世紀(jì)70年代末期以上海船設(shè)備研究所為代表，先后開(kāi)發(fā)了WCC、WCF、WCH和WCV等型號(hào)產(chǎn)品REF_Ref32509\w\h[3]。其他還有一些從國(guó)外設(shè)備吸收轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā)的污水處理裝置，如南京綠洲機(jī)器廠的ST系列（從英國(guó)哈姆沃西公司引進(jìn)）和重慶大晃康達(dá)環(huán)保公司的SBT系列（從日本大晃機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社引進(jìn)）。整體而言，國(guó)內(nèi)針對(duì)船舶生活污水處理技術(shù)的研究，主要是再循環(huán)處理系統(tǒng)、濕空氣氧化系統(tǒng)、膜分離器處理污水系統(tǒng)和蒸發(fā)——焚燒系統(tǒng)等一些轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。1.再循環(huán)處理系統(tǒng)考慮到經(jīng)濟(jì)性，一般大型船舶常將廁所廢物集中處理。目前國(guó)外許多船舶已采用此系統(tǒng)。應(yīng)用再循環(huán)處理系統(tǒng)，要求船上能提供再生處理廢水作為沖淡水，此系統(tǒng)必須提供足夠的變色劑和控制氣味，固體分離，化學(xué)氧化劑和消毒劑。可能的話(huà)，還有氨排放。為防止沖淡水中生成氨和溶解有機(jī)物，可采用活性碳吸附。典型的再循環(huán)處理系統(tǒng)如圖1所示。再循環(huán)系統(tǒng)使廢水變?yōu)樵偕?，因而擴(kuò)大了收集器容量且結(jié)構(gòu)緊湊。但運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用昂貴，所以要求最后排除廢物，處理廁所廢水REF_Ref32049\w\h[8]。圖1典型的再循環(huán)處理系統(tǒng)2.濕空氣氧化系統(tǒng)廢物焚燒采用濕空氣氧化法，濕空氣氧化法可處理船上各種垃圾和生活污水。此法利用濕狀態(tài)下的氧化作用，讓廢物在高壓下，不產(chǎn)生液體，蒸發(fā)時(shí)廢物的溫度能達(dá)到有機(jī)物的著火點(diǎn)。此系統(tǒng)工作在約廢水預(yù)處理是在廢物泵出之前用切碎泵碎粒。在加壓情況下，廢水與空氣混合，經(jīng)過(guò)熱交換器增加廢物的溫度，再在高壓下輸送到反應(yīng)堆，在反應(yīng)堆里發(fā)生氧化反應(yīng)后溫度進(jìn)一步上升，此時(shí)生成的氣體和蒸汽從液體中分開(kāi)，然后經(jīng)過(guò)催化氣體凈化器排至大氣。液體中氧化后的無(wú)毒灰靠沉淀分離或過(guò)濾后排出。處理后的水基本達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，此水還可作廁所沖淡水REF_Ref32049\w\h[8]。濕空氣氧化系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是，不僅能處理廢水中各種有機(jī)物及細(xì)菌，還能處理混合廢物，且只產(chǎn)生少量可移出的固體廢物。輸入能量小，結(jié)構(gòu)緊湊，一般3.28m/d只占1.36m的空間。但濕空氣氧化系統(tǒng)要求維持高溫高壓，因而控制技術(shù)要求高，管理困難，同時(shí)溶液稀釋后有機(jī)物處理不完全，一次性投資較大。生物處理系統(tǒng)因體積大，重量大，操縱技術(shù)難度大且排污質(zhì)量不穩(wěn)定，常常被人們所忽視。圖2船舶生物氧化廢水處理系統(tǒng)3.膜分離器處理污水系統(tǒng)膜生物反應(yīng)器（membranebio-reactor，MBR）是膜分離與生物處理相結(jié)合的新興污水處理技術(shù)通常由反應(yīng)器內(nèi)好氧細(xì)菌降解生活污水中有機(jī)物、硝化細(xì)菌氧化氨氮、膜分離技術(shù)強(qiáng)化分離、增強(qiáng)反應(yīng)器功能等。MBR由生物膜移動(dòng)床和水下膜分離反應(yīng)器組合成，通過(guò)控制曝氣比產(chǎn)生厭氧、缺氧及好氧等條件。目前應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的主要有好氧膜生物、A/0膜生物、A2/0膜生物等工藝REF_Ref365\w\h[9]。MBR具有設(shè)備緊湊、自動(dòng)化程度高、污泥產(chǎn)生量小、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于舊船改造和新型船舶的裝備上。由于生物膜高效截留，出水可以直接進(jìn)行回用，因此MBR在生化法處理船舶生活污水中是最有前途的反應(yīng)器，如圖3所示。MBR不但起滲透分離作用，而且表面的生物膜也參加了化學(xué)反應(yīng)。研究表明:去除污水中的有機(jī)物依靠微生物的新陳代謝，微生物的濃度越高，有機(jī)物去除能力越強(qiáng):膜生物反應(yīng)器可將傳統(tǒng)的污泥質(zhì)量濃度由2000g/L提高到6000mglL;有機(jī)物去除能力為傳統(tǒng)污水處理的5~7倍同時(shí)，由于膜高效截留作用，MBR出水懸浮物接近于0，細(xì)菌總指標(biāo)優(yōu)于飲用水標(biāo)準(zhǔn)，COD和氨氮去除率可分別達(dá)95%。圖3艦船污染物處理技術(shù)措施4.蒸發(fā)——焚燒系統(tǒng)廁所廢水，或者生活污水可用蒸發(fā)收集為無(wú)毒的、可泵出的廢水。要求用收集器收集廢物或用收集器和焚燒系統(tǒng)組成整體結(jié)構(gòu)來(lái)處理，蒸發(fā)器是處理的主要部件，如圖4所示。蒸發(fā)所用熱能可由電能、燃油、丙烷蒸汽鍋爐的廢熱、主機(jī)的廢熱得到，廢物在船上焚燒爐中焚燒。此系統(tǒng)顯然容易得到廢熱，且占地小。但因存水多，燃燒需大量燃料而且臭氣量是主要問(wèn)題，故需空氣污染控制設(shè)備REF_Ref32049\w\h[8]。圖4典型的焚燒廁所1.2選題依據(jù)及意義隨著航運(yùn)業(yè)和海洋開(kāi)發(fā)的空前發(fā)展，海洋環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，船舶作為內(nèi)河航運(yùn)中的交通工具，也是一種流動(dòng)污染源，船舶生活污水的排放對(duì)內(nèi)河水環(huán)境及湖泊，水庫(kù)的影響，隨著船舶數(shù)量的增加不容忽視。針對(duì)船舶生活污水的處理，國(guó)內(nèi)外都開(kāi)展了相關(guān)研究工作，并開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的船舶生活污水處理裝置，但各類(lèi)處理裝置的開(kāi)發(fā)，大多基于城市生活污水處理工藝的應(yīng)用實(shí)踐而進(jìn)行的小型化搬用或套用。因此在應(yīng)用中暴露出裝置體積大、運(yùn)行不穩(wěn)定及出水超標(biāo)等問(wèn)題門(mén)。其原因在于，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)船舶生活污水的污染特征研究較少，尤其是缺乏針對(duì)船舶生活污水水量及水質(zhì)特征的系統(tǒng)調(diào)查和分析研究REF_Ref2311\w\h[5]。船舶上產(chǎn)生生活排水的衛(wèi)生設(shè)備有大便器（槽）、小便器（槽）、洗手盆、洗臉盆、淋浴器、洗滌盆、洗衣機(jī)等。為使船舶生活污水得到處理，首先必須將各種排水收集起來(lái)，然后輸送到船用衛(wèi)生裝置（MSD.MarineSanitationDevice，為接受、儲(chǔ)存、處理或排放污水的任何設(shè)備，以及處理污水的任何方法）。MSD中所選用的處理方法，對(duì)污水收集系統(tǒng)有重要的影響。如果MSD既能處理糞便污水又能處理淋浴、洗滌、洗衣和廚房的排水，則收集系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化。即如果不能使糞便污水與其他排水分開(kāi)，則應(yīng)選擇能處理所有排水的MSD。《船舶生活污水防污染則》規(guī)定，除特殊情況，禁止船直接向限制海域排放生活污水。船生活污水的處理主要是收集存儲(chǔ)和港口接收，并經(jīng)處理裝置處理達(dá)標(biāo)后排放。船舶生活污水處理常見(jiàn)的方法有生物化學(xué)處理、物理化學(xué)處理和電化學(xué)處理。生物化學(xué)處理大多是活性污泥法利用活性污泥的特性在合適的環(huán)境下吸收污水中的有機(jī)物，通過(guò)細(xì)菌的消化分解作用，使有機(jī)物一部分分解為水、二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)，還有一部分轉(zhuǎn)化成為活性污泥的細(xì)胞物質(zhì)再次循環(huán)利用，處理后的液體經(jīng)消毒后排出REF_Ref1129\w\h[2]。物理化學(xué)處理利用物理方法對(duì)污水進(jìn)行固液分離，然后加入具有絮凝作用的化學(xué)藥劑，使污水得到凈化。電化學(xué)處理在海水中混合污水，電解產(chǎn)生氧化劑殺，并對(duì)有機(jī)物進(jìn)行化解國(guó)外對(duì)船舶生活污水處理工藝技術(shù)的研究較早，主要是由最先加入MARPOL73/78公約附則V的一些國(guó)家進(jìn)行的研究。從船舶生活污水處理工藝的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，其工藝技術(shù)基本上是沿用陸上污水處理術(shù)，特別城市生活污水處理技術(shù)。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題目前船舶生活污水處理裝置采用的工藝仍主要是生化法、物化法、電化學(xué)法等，但到現(xiàn)在為止仍沒(méi)有一種公認(rèn)的理想工藝。國(guó)內(nèi)針對(duì)船生活污水處理裝的研制開(kāi)始于20世紀(jì)70年代末期，以上海船設(shè)備研究所為代表，該所已先后開(kāi)發(fā)了物理-化學(xué)法處理生活污水的WCF型系列裝置，具有粉碎、毒、存功能的生物法處理生活水的WCB系列裝置，以及生化法處理生活污水處理裝置，并研制開(kāi)發(fā)了與生活污水真空收集系統(tǒng)、（每人每天產(chǎn)生污水量?jī)H10L）配套的處理高濃度生活污水的WCV型二生化處理裝置。果然這些設(shè)備均通過(guò)了船檢部門(mén)的型式認(rèn)可，但在實(shí)際使用過(guò)程中所出現(xiàn)的比較中的間題是:處理裝置體積較大，耐沖擊負(fù)荷能力差，處理效果不穩(wěn)定，操作維修不方便，加之監(jiān)管不嚴(yán)，很多設(shè)備閑置不用。總體來(lái)講，理想的船舶生活污水處理裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn):1、耐水質(zhì)及水變化能力強(qiáng)，2、受船舶運(yùn)動(dòng)效應(yīng)影響小，處理過(guò)程穩(wěn)定且效率較高;3、體積小、占地少、造價(jià)低，易于安裝;4、起動(dòng)及停止后恢復(fù)快，不需特殊維護(hù);5、安全美觀，人機(jī)界面友好，操作管理簡(jiǎn)單;6、結(jié)構(gòu)合理，可靠耐用，使用壽命長(zhǎng)?，F(xiàn)行船舶上的生活污水處理裝置主要為生化處理型裝置，可以考慮在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，既能發(fā)揮生化處理型船用生活污水處理技術(shù)能耗小的優(yōu)點(diǎn)，又能利用原有設(shè)備，降低改造成本REF_Ref1129\w\h[2]。三、研究步驟、方法及措施1.收集、整理相關(guān)文獻(xiàn)，熟練掌握機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和PLC控制系統(tǒng)，做出設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行比較，選出最優(yōu)方案，做好設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。2.使用CAD等軟件繪出各裝置模擬圖，掌握工作過(guò)程。3.設(shè)計(jì)無(wú)排放型生活污水處理裝置在船舶的應(yīng)用設(shè)計(jì)，與船上廁所下水道糞便污水管道連接和控制、監(jiān)測(cè)和排放報(bào)警裝置結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)能針對(duì)船舶生活污水出口的排放指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止生活污水排放水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，有助于解決船舶生活污水排放污染問(wèn)題。采用PLC控制系統(tǒng)，其對(duì)于電器控制系統(tǒng)抗干擾能力很強(qiáng)，在船高高濕、強(qiáng)動(dòng)、多腐的工作環(huán)境中可靠性很高，通過(guò)加裝各種模塊可增強(qiáng)其功能。選用現(xiàn)場(chǎng)控制PLC和上位機(jī)PC構(gòu)成控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制由PLC完成，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和可靠性REF_Ref1129\w\h[2]。現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)由控制器進(jìn)行處理，并通過(guò)通訊模塊與上位機(jī)通信，對(duì)其工況進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)控制程序可采用模塊化結(jié)構(gòu)，主程序設(shè)定運(yùn)行參數(shù)并控制于程序的運(yùn)行。為了保證整個(gè)污水處理裝置的可靠運(yùn)行，控制系統(tǒng)可對(duì)各個(gè)設(shè)備的工況信號(hào)進(jìn)行處理，出現(xiàn)故障時(shí)向機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒輪機(jī)員及時(shí)處理。四、參考文獻(xiàn)胡芝悅，鐘登杰，鄧胡飛，王立同.船舶生活污水處理進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2014，28（12）:64-70.徐炳香，茅陳松，項(xiàng)衛(wèi)東.船舶生活污水處理現(xiàn)狀分析與技術(shù)改進(jìn)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2011，11（06）:18-19.原培勝，白振光.船舶生活污水處理新技術(shù)及發(fā)展方向[J].船海工程，2010，39（06）:41-43.王曉俠.艦船生活污水排放面臨的問(wèn)題及解決措施[J].船舶工程，2010，32（05）:23-26.DOI:10.13788/ki.cbgc.2010.05.005.董良飛，何桂湘.船舶生活污水水量及水質(zhì)特征研究[J].給水排水，2006（02）:72-76.DOI:10.13789/ki.wwe1964.2006.02.021.董良飛，徐紅，關(guān)衛(wèi)省.船舶生活污水特性及處理裝置研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（04）:536-539.董良飛，蔡慧萍，王經(jīng)宇，關(guān)衛(wèi)省.船舶生活污水處理技術(shù)研究[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（02）:94-98.周長(zhǎng)城.船舶生活污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].武漢造船（武漢造船工程學(xué)會(huì)會(huì)刊），1989（05）:32-37.馬如中，何麗君，張百祁，周能芹.膜分離技術(shù)在船用生活污水處理裝置上的應(yīng)用[J].船海工程，2010，39（06）:4-6+9.五、研究工作進(jìn)度：1.2022.11.23-2